多倫縣一次短時強降水天氣雷達回波特征分析

王丹蕊

內蒙古自治區多倫縣氣象局，內蒙古多倫 027300

短時強降水是指降水效率高、歷時短的對流性降水，具有較強的突發性、局地性及致災性，是造成城市內澇、山洪、中小河流和地質災害的重要天氣，有時會帶來破壞性的影響，給人民生命財產造成重大的損失，是氣象部門預報的重點和難點[1-3]。短時強降水由中小尺度系統造成，發生在一定的大尺度環流背景下，不同地理區域短時強降水發生的天氣形勢有所差異，但均需要熱力不穩定的層結、充足的水汽、較強的抬升運動和適當的垂直風切變。造成短時強降水的對流風暴主要有對流單體型、合并加強型及列車效應型。近年來，不少學者通過多普勒天氣雷達和中尺度特征分析等方法詳細分析了各地強降水的成因[4-6]。

多倫縣地處內蒙古高原南部，陰山山地東端北坡，渾善達克沙地南端，縣境為四周高、中間低的半環形低山丘陵，地形復雜，屬于溫帶半干旱向半濕潤過渡的典型大陸性氣候。年平均降水量385 mm，降水具有明顯的季節特性，其中夏季降水占全年降水的60%左右。而夏季短時強降水又是多倫縣地區主要的災害性天氣之一，因此，深入分析多倫縣地區典型的短時強降水雷達回波特征至關重要。但目前關于多倫縣地區的短時強降水的天氣系統環流配置和雷達回波特征研究較少，沒有預報預警業務相關的統計指標，因此需要對多倫縣地區短時強降水發生的天氣系統配置和雷達回波特征進行進一步研究。利用天氣形勢、地面觀測和錫林浩特多普勒天氣雷達等資料對多倫縣2022年6月21日的一次短時強降水天氣進行分析，以期為多倫縣地區短時強降水的預報預警提供參考。

1 資料與方法

2022年6月21日多倫縣轄區內31個區域自動站逐小時降水資料、錫林浩特多普勒天氣雷達資料以及中央業務內網天氣形勢場資料。多倫縣地區短時強降水標準與中央氣象臺一致，將1 h降水量≥20 mm定義為短時強降水。

2 環流背景和天氣實況

2.1 環流背景

6月21日，200 hPa天氣圖上（圖1）多倫縣地區處于高空急流軸內，急流軸中心最大風速42 m/s，貝加爾湖西側存在高空槽；隨著時間的推移，22日急流軸有所南掉，多倫縣地區處于急流軸北側，這一區域為正渦度平流大值區，產生了較強的抽吸作用，為高空槽的發展和低層上升運動提供了有利的條件。

圖1 2022年06月21日天氣形勢

高層500 hPa天氣圖上主要影響系統為高空冷渦底部的短波槽，冷渦北抽，并長時間維持在貝加爾湖附近，冷渦不斷旋轉引導冷空氣不斷南下補充槽后冷空氣，短波槽不斷加深并持續影響多倫縣地區。

低層700 hPa天氣圖上，有一切變線長時間維持，為降水提供了非常有利的動力條件。由于副高的北挺、水汽通道的打開，850 hPa天氣圖上自廣西至渤海灣存在一條西南低空急流，急流不僅為降水輸送了水汽，多倫縣地區也在低空急流出口的左前側，這一區域為氣流輻合上升區存在較好的抽吸作用，配合急流長時間的維持，為降水提供了非常好的動力機制。在此高低空配置的配置下，對流條件較好。

地面上，多倫縣地區一直處于一條低壓帶內，有一較弱倒槽，長時間維持了一條地面輻合線，這也是降水量偏大的原因之一。

2.2 降水實況

6月21日12:00～15:00，多倫縣自西南向東北出現了一次強降水天氣過程，強降水時段主要集中在12:00～13:00、13:00～14:00時段。此次過程多倫縣降水量在1.3～68.0 mm之間。其中，西干溝鄉小石砬村出現38.4 mm/h的短時強降水，蔡木山鄉出現62.4 mm/h的短時強降水，多倫縣自西南至東北方向回波帶也出現了強對流天氣。

2.3 災情情況

此次洪澇災害共造成多倫縣1 152戶，2 887人受災。造成3 827.91 hm2農作物受災；9 043 m2牛棚損毀；96座青儲窖損壞；240余t飼草料損毀；23頭牲畜死亡。洪水浸泡房屋304戶，1 149間；房屋受損18戶，54間；旱廁倒塌53處；水毀水泥路7處,路肩沖毀140 m；農村作業路20處，累計10 km。造成直接經濟損失853.05萬元。

3 雷達分析

3.1 反射率因子

從6月21日12:42的錫林浩特市多普勒雷達的反射率因子圖可以看出，多倫縣境內降水回波為積云和層狀云混合降水回波，未來回波向東北方向移動而影響多倫縣東北部（圖2a）。13:05位于多倫縣東北部超過50 dBz的強回波范圍增大，有對流單體合并的趨勢，強回波開始影響蔡木山鄉（圖2b）。13:17回波強度達到最大值60 dBz（圖2c），該時次沿回波走向西南—東北做反射率因子剖面（圖2e）。

從剖面圖可以看出：影響蔡木山鄉的為低質心降水回波，最強回波的質心高度在5 km以下。13:23回波強度47 dBz（圖2d），從12:42～13:23經過蔡木山鄉回波強度在45 dBz以上維持了8個體掃，因此造成了蔡木山鄉單點的短時強降水天氣。

圖2 錫林浩特雷達6月21日0.5°仰角反射率因子圖

3.2 平均徑向速度

從錫林浩特市多普勒雷達13:17 0.5°仰角徑向速度圖上看（圖3），存在一個正負速度為6 m/s的大值區，負速度為離開雷達的方向，正速度為朝向雷達的方向，在低層存在一定程度的輻合，垂直上升運動加強，有利于水汽、不穩定能量的交換，利于強對流的發展，大大提高了降水效率，最終導致蔡木山鄉13:00～14:00的1 h降水量達62.4 mm。

圖3 錫林浩特雷達6月21日13:17 0.5°仰角平均徑向速度（a）和反射率因子（b）

3.3 回波頂高

短時強降水過程的回波頂高一般為5～11 km，隨著雨強增大頂高可以達到14 km，雨量越集中，頂高也會越高。從此次降水過程的回波頂高可以看出，13:17發展旺盛的積雨云回波位于在蔡木山鄉的西南方向（圖4a），按照回波的移動方向，13:23蔡木山鄉上空的回波頂高達14.3 km（圖4b），對流處于發展旺盛階段，到13：29、13:34發展旺盛的云體繼續向東北方向移動，逐漸移出蔡木山鄉，從回波頂高的演變可以看出這是一個發展較旺盛的對流單體。

圖4 錫林浩特雷達6月21日回波頂高圖

3.4 垂直積分液態水含量

對流云降水回波的垂直液態水含量在各個階段大不相同，積云階段和成熟階段垂直累積液態水含量VIL值在35 kg/m2以上，最大可達45 kg/m2，消散階段一般在30 kg/m2以下。VIL值達到40～55 kg/m2時有強降水產生，VIL值達到60～65 kg/m2以上時就要結合其他產品特征判斷是否有大冰雹出現。根據多普勒雷達觀測資料的VIL值變化情況來看，VIL在13:17達到最大值為46 kg/m2，并且僅維持了1個體掃，從12:42～13:23，VIL值處于25～46 kg/m2之間，出現冰雹的可能性較小，在但VIL持續處于大值區，對強降水具有一定的指示意義（圖5）。

圖5 錫林浩特雷達6月21日垂直積分液態水含量

4 結論

（1）此次強降水發生在500 hPa高空槽和副高對峙的大環流背景下，為華北暴雨的典型環流形勢。低層維持時間較長的切變線和地面弱倒槽為此次強降水的主要影響系統。雷達上多個對流單體發展、合并加強，以及低質心降水回波的高降水效率，導致了此次短時強降水。在13:00～14:00蔡木山鄉峰值降水時段，強回波中心和地面輻合線維持在蔡木山鄉區域，促使降水回波進一步加強，也是此次短時強降水的關鍵因素。

（2）2022年以來多倫縣地區發生的3次大范圍降水過程，蔡木山鄉地區均降水強度最大，受災最嚴重。應結合災害風險普查成果和多次災害性降水天氣系統配置、雷達回波特征調整蔡木山鄉地區的預報預警閾值。根據此次短時強降水過程分析，在地面和高空系統配置較好的情況下，反射率因子達40 dBz以上，垂直積分液態水含量在20～40 kg/m2之間維持4個體掃以上，回波頂高達到10 m以上，平均徑向速度圖上存在一定程度的輻合，在多倫縣蔡木山鄉地區就應該加強關注山洪、中小河流洪水等地質災害，及時進行預報預警服務。

（3）利用綜合探測網目前能獲得的資料對多倫縣短時強降水的天氣系統環流配置和雷達回波特征進行分析研究，由于錫林浩特雷達距離多倫縣較遠，雖然能夠了解降水回波的發生、發展、移動和消亡的演變過程，但即將超出雷達徑向速度的探測范圍，故不能很好地綜合徑向速度產品進行進一步分析。今后急需解決的問題是雷達資料的有效獲取和充分的分析利用。